Termodinamika ikkinchi qonunining ta’riflari

Karateodori prinsipi va entropiya

Termodinamikaning ikkinchi qonunini issiqlik mashinalarini analiz qilmasdan ham chiqarish mumkin. Termodinamik sistemada yangi holat funksiyasi borligini Karateodori prinsipi (ayrim holatlarga adiabatik yetisha olmaslik) yaxshi tushuntiradi. Quyidagi jarayonni ko‘rib chiqamiz.

Sistema bir holatdan ikkinchiga issiqlik yutilishi bilan o‘tsin. Ikkinchi holatdan birinchiga adiabatik jarayonda o‘tish mumkin, deb tasavvur qilamiz. To‘g‘ri va teskari yo‘llar uchun termodinamikaning birinchi qonuni bo‘yicha:

Jarayon yo‘li I.1-rasm. Karateodori prinsipini keltirib chiqarish uchun

Q=U + W₁ (I. 125)

O= -U + W₂ (I. 126)

Bulardan aylanma jarayon uchun: Q =( W₁+W₂ ) (I.127)

Ko‘rilayotgan jarayonda issiqlik yutilayotgani uchun (Q0), siklik jarayondagi umumiy ish noldan katta (W₁+W₂)  0 (I. 128) bo‘ladi.

Shunday qilib, siklik jarayonning natijasi: sistema boshlang‘ich 1-holatga qaytdi va sistema yutgan issiqlikning hammasi to‘liq ishga aylandi. Bu esa termodinamika ikkinchi qonunining Tomson ta’rifiga qarama-qarshidir (issiqlikning hammasi ishga aylanishi mumkin emas). Demak, termodinamik sistemaning xoxlagan holati yaqinida shunday boshqa holatlar bo‘ladiki, ularga adiabatik yo‘l bilan, ya’ni issiqlik uzatmasdan o‘tib bo‘lmaydi.

Karateodori prinsipidan faqat yangi holat funksiyasi borligi emas, balki bu funksiyaning issiqlik bilan bog‘liqligi ham kelib chiqadi. Haqiqatdan ham agar sistema 1-holatdan 2-holatga issiqlik yutish bilan o‘tgan bo‘lsa, nima uchun boshlang‘ich holatga issiqlik almashmasdan kela olmaydi? Issiqlik holat funksiyasi emas, balki u energiya uzatishning xilidir. Sistemaga issiqlik ko‘rinishidagi ma’lum miqdordagi energiya uzatilgan bo‘lsa, unda sistemadan xuddi shu miqdordagi energiyani ish ko‘rinishida olish va shu bilan sistemani avvalgi holatiga keltirish mumkindek tuyuladi. Ammo Karateodori prinsipi buning mumkin emasligini, ya’ni Tomson ta’rifiga zid jarayonni sodir bo‘la olmasligini, ko‘rsatadi. Demak, issiqlikning o‘zi holat funksiyasi bo‘lmasa ham, sistemaga berilgan issiqlik holat funksiyasini, ya’ni entropiyani o‘zgartiradi. Enropiyani esa sistemaga issiqlik uzatmasdan turib avvalgi qiymatiga keltirib bo‘lmaydi. Bundan entropiyaning o‘zgarishi sistemaga berilayotgan issiqlikning funksiyasi ekanligi S=f(Q) kelib chiqadi.